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Einrichtung zum Messen der Amplitude von Wechselspannungen mit Hilfe
von Gleichstrominstrumenten und Dreielektrodenröhren Zur Messung von Wechselspannungen
mit Hilfe von Gleichstrominstrumenten hat man bereits sog. Röhrenvoltmieber verwendet.
Die bekannten Anordnungen bestehen aus einer Dreielektrodenröhre, in deren Anodenkreis,ein
Gleichstrominstrument vorgesehen ist und deren Gitter die zu messende Spannung zugeführt
wird, wobei entweder im Gitterkreis oder im Anodenkreis seine Spa@mung derart vorgesehen
ist, daß ein Arbeitspunkt in. der unteren Krümmung der Charakteristik festg@elegt
und infolgedessen der Anodenstrom Null ist, wenn die zu messende Wechselspannung
nicht auf das Gitter der Röhre einwirkt. Die Röhre arbeitet dabei also im unteren
gekrümmten Teil der Charakteristik vom Nullwert des Anodenstromies aus. j3-.ei einem
solchen Röhrenvoltmieter ist die von einer kleinen Wechsielspamlung E hiervorgerufene
Anodengleichstriomänd@erung
wo i den Anodenstrom, E die Steuerspannung und I( die Krümmung an der betreffenden
Stelle der Röhrenkennlinie be-
deutet. I( ist bei den bekannten Anordnungen
letwa von der Größenordnung i- bis 2mal io-4 A/V2. Die Spannungsempfindlichkeit
steigt also nur mit der Wurzel aus .der Empfindlichkeit des bemitzten Gleichstrommeßinstrumentes.
Dementsprechend erhält man mit einem Inßtrument von einer Empfindlichkeit von i
mal i o ä Amp. pro-Skalenteil leinen Ausschlag von einem Skalenteil für etwa o,5
Volt Steuerspannung, mit ieinem Spiegelgalvanometer von ,einer . Empfindlichkeit
von irnal io-9 A/Skt einen Ausschläg von seinem Skalenteil für reinige Millivolt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung zum
Messen der Amplitude von Wechselspannungen mit Hilfe von Gleichstrominstrumenten
und Dreielektrodenröhren, welche den Vorteil hat,#daß die Wechselspannungsempfindlichkeit
des Röhrenvoltmeters leinen linearen Verlauf zeigt und im tvesentlichen proportional
der Empfindlichkeit des Gleichstrominstrumentes ist. Blei Anwendung empfindlicher
Gleichstrominstrumente gelangt man infolgedessen zur Messung sehr kleiner Wechselspannungen.
Erfindungsgemäß wird -dem Gitter der Dneiellektrodenröhra; außer der zu messenden
Wechsielspannung eine aus der gleichen Spannungsquelle entnommene- Hilfsspannung
zugeführt, welche groß gegenüber der zu messenden Wechselspannung ist und vorzugsweise
die gleiche Phasenlage besitzt. Die Hilfsw@echsielspanntmg
beträgt
praktisch einige Volt. Die Gleichstromkomponente des von ihr hervorgerufenen Anodenstroin°s
wird ebenso wie der Ruhestrom der Röhre (d. h. der Strom der Röhre, wenn keine Wecliselspannungdh
auf die Röhre einwirken) in an sich b@-kannter Weise kompensiert. Bei der Messung
addiert sich die zu messende Wechselspannung zur Hilfswechselspannung. Die von ihr
hervorgerufene Stromänd°rung ist verhältnismäßig groß, da die Röhre bezüglich der
zu messenden Wechselspannung im Bereich großer Steilheit arbeitet. Die Hilfswechselspannung
verlagert also die zu messende Wechselspannung meinen Bereich größerer Steilheit
der Röhrencharakteristik und ist dementsprechend zu wählen. Die Negativhalbperiode
der zu messenden Wechselspannung wird unterdrückt, da zu derselben Zeit die Hilfswechselspannung
negativ ist.
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Die Verwendung einer Hilfswechselspannung von gleicher Frequenz, ,aber
größerer Amplitude als die zu messende Wechselspannung ist an sich bei Gleichrichteranordnungen
mit Gleichrichtern in einer Brücke bereits vorgeschlagen worden. Es ist ferner auch
eine Anordnung bekannt, bei der dem Gitter einer Dreäelektrodenröhre zwei 'vVechs,elspannungen
zugeführt werden, von denen die eine wesentlich größer ist als die andere. Die bekannte
Anordnung dient jedoch zum Vergleich der Frequenzen dieser Wechselspannungen, die
demgemäß aus verschi,2d-enen Spannungsquellen entnommen werden. Eine Frequenzabweichung
wird bei der bekannten Anordnung dann durch ein Pendeln des Gleichstrominstrumentes
angezeigt.
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Nimmt man an, daß die Steuerung der Röhren durch die zu messende Spannung
bzw. deren positive Halbwelle im geradlinigen Teil der Charakteristik .erfolgt,
so ist die durch eine kleine Gitterwechselspannung E hervorgerufene Ä#nderung des
Anodengleichstromes
wo S die- maximale Steilheit der Röhre von der Größenordnung i bis 2 Milliampere
pro Volt bedeutet. Bei einer Empfindlichkeit des Gleichstrommeßinstrumentes von
1mal io «I A/Skt erhält man eine Spannungsempfindlichkeit je nach dem Wert von S
von io bis 2o mV/Skt; für ein Spiegelgalvanometer (1mal io-9 A/Skt) i- bis 2mal
i0-6 V/Skt. Spielt sich ein wesentlicher Teil der Steuerung der Röhre durch die
zu messende Spannung im Gebiet der Krümmung, der Charakteristik ab, so bedeutet
S eine gewisse mittlere Steilheit. An der genauen Proportionalität zwischen Anodengleichstrom
und der am Gitter liegenden Wechselspannung (die sich .aus Hilfswechselspannung
und zu messender Spannung zusammensetzt) wird dadurch nichts geändert, da praktisch
die zu messende Spannung stets klein sein wird gegen die Hilfswechselspannung.
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" Vorzugsweise wird die Hilfswechselspannung phasengleich mit der
zu messenden Spannung gewählt. Zu dem Zwecke können geeignete Vorrichtungen zur
Regulierung der Phase der Hilfswechselspannung vorgesehen sein, beispielsweise eine
zweckmäßig einstellbare Kapazität. Um zu vermeiden, daß die Meßgenauigkeit der erfindungsgemäßen
Einrichtungen durch Schwankungen der Hilfswechselspannung beeinflußt wird - beispielsweise
wenn diese der Netzspannung entnommen wird - können an sich bekannte Einrichtungen
zur Spannungskonstanthaltung, beispielsweise Eisenwasserstoffwiderstände, für die
Hilfswechselspannung vorgesehen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung gemäß der
Erfindung kann man so verfahren, daß man die zu messende Spannung oder einen Teil
derselben verstärkt mittels an sich bekannter Verstärkeranordnungen und diese verstärkten
Wechselspannungen nun als Hilfsspannungen benutzt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung ist in
der Abbildung dargestellt für den Fall, daß das Röhrenvoltmeter als Nullinstrument
in einer Wheatstonschen Brücke verwandt wird. In der Abb. i ist i eine Netzspannung,
die an die Primärwicklung 4 eines Transformators gelegt ist, der zwei Sekundärwicklungen
5 und 6 besitzt. Die in der Wicklung 5 induzierte Spannung wird zur Speisung der
Wheatstonschen Brücke benutzt, deren Zweige aus den Widerständen 9, 1 o, i i, 12
bestehen. Die Wicklung 6 dient zur Entnahme der Hilfsspannung, die zusammen mit
der zu messenden Spannung zwischen den Punkten 26, 27 dem Gitter der Dreielektrodenröhre
17 zugeführt-wird. Über einen zur Spannungskonstanthaltung dienenden Eisenwasserstoffwiderstand
7 wird die Hilfswechselspannung von der Wicklung 6 aus einem vorzugsweise potentiometerartig
ausgebildeten Widerstand 8 zugeführt und von diesem aus eine Hilfswechselspannung
in geeigneter Größe dem Widerstand 16 zugeführt, der zur Stabilisierung der Meßanordnung
dient. Ein entsprechender Widerstand ist der Widerstand 15, an dessen Enden die
zu m-essendie Wechselspannung liegt. Im Stromkreis der Hilfswechselspannung ist
ein variabler Kondensator 13 vorgesehen zu dem Zwecke, die Phasengleichheit zwischen
der Spannung am Widerstand 16 und der am Widerstand 15 liegenden zu messenden Wechselspannung
einstellten
zu können. Die an den Widerständen 15 und 16 liegenden
Spannungen sind nun in Reihe geschaltet zwischen Gitter 18 und Kathode 19 der Röhre
17 angelegt. In dem von den Widerständen 15 und 16 gebildeten Gitterkreis kann noch
eine durch einen Kondensator 14 überbrückte Gittervorspannung 28 vorgesehen sein.
Als Anodenspannung für die Röhre 17 ist die Spannungsquelle 22 vorgesehen, die seinerseits
an der Kathode i9 liegt und anderseits über ein Gleichstrommeßinstrument 21 mit
der Anode 2o verbunden ist. Um das Instrument 21 gegen Wechselspannungen
zu schützen, ist das Instrument durch den Kondensator 25 überbrückt. Zur Kompensation
des von der Betriebsspannung der Röhre und der Hilfswechselspannung herrührenden
An@odengl@eichstronies ist ;eine-Spannungsquelle 23 vorgesehen, die über einen regelbaren
Widerstand 24 mit der Anode 2o verbunden ist. Mit Hilfe der Spannungsquelle 23 bzw.
des regelbaren Widerstandes 24 wird nun die Einstellung so vorgenommen, daß kein
Anodenstrom fließt, solange auf das Gitter 18 der Röhre 17 nur die Hilfswechselspannung
einwirkt. Legt man jetzt durch Schließen. des Schalters 29 die zu messende Wechselspannung
an, so iergibt sich ein der Wechselspannung pnop,ortionaler Anodengleichstrom, der
durch das Instrument 21 angezeigt wird. Zur Konstanthaltung der Spannungen, wenn
diese dem Netzentnommen verdien, können auch weitere Vorrichtungen vorgesehen sein,
beispielsweise Bein Eis@enwasserstoffividerstand 2 im Primärstromkreis des Transformators.
Zweckmäßig wird zur Primärwicklung des Transformators noch ein. Vorbelastungswiderstand
3 parallel geschaltet. Durch derartige Mittel ist ges möglich,' auch bei Benutzung
sehr empfindlicher Gleichstrominstrumente eine genügend konstante Hilfsspannung
zu erhalten. Im allgemeinen werden Einrichtungen zur Entnahme der notwendigen. Hilfswechselspannung
aus derselben Spannungsquelle wie die zu messende Spannung ohne weiteres vorhanden
sein.. Wenn dieses nicht der Fall ist, so wird, wie .bereits angedeutet, eine.geeignete
Hilfsspannung gemäß der Erfindung dadurch erzeugt, daß man die zu messende Spannung
verstärkt und die verstärkten Spannnmgen als Hilfsspannungen benutzt. Der Vorteil
gegenüber der direkten Messung der verstärkten Spannung ist der, daß der Verstärkungsfaktor
der Verstärkeran@ordnung nicht bekannt zu sein braucht und sogar zeitlich veränderlich
sein darf, wenn nur wähnend der Dauer der Messung die Ausgangsspannung konstant
bleibt.